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target FORSCHUNG
Bei der Durchleuchtung mit schnellen Protonen
ist der innere Aufbau der Spezialpuppe des
Matroshka-Experiments sichtbar. Man kann die
Knochen und die Zähne erkennen.
THERANOSTIK
Tumoren erkennen und behandeln mit Protonen
Kann man einen Tumor gleichzeitig untersuchen
und behandeln? Diese Idee
könnte bald Wirklichkeit werden. In einem
gemeinschaftlichen Experiment von
GSI, der Technischen Universität Darmstadt
(TUD) und des Los Alamos National
Laboratory (LANL), USA, haben
Forscher im Dezember 2012 gezeigt,
dass dies mit Strahlen aus schnellen Protonen
gelingen könnte. Die Kombination
von Therapie und Diagnostik nennen die
Forscher Theranostik.
In den Experimenten an der Beschleunigeranlage
in Los Alamos haben die
Wissenschaftler eine Maus mit schnellen
Protonen durchleuchtet. Winzige Strukturen
wie das Rückgrat oder die Rippen
sind dabei genau zu erkennen. Ebenfalls
mit den Protonen durchleuchtet wurde
die menschenähnliche Spezialpuppe
des Matroshka-Experiments, die vom
Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt
(DLR) für Dosimetrieexperimente
auf der Internationalen Raumstation ISS
eingesetzt wird.
Protonen sind die Atomkerne von Wasserstoffatomen.
Mithilfe eines Beschleunigers
lassen sie sich auf hohe Geschwindigkeiten
bringen. Ähnlich wie die in der
medizinischen Diagnostik etablierten
Röntgenstrahlen können die Protonen
ein Objekt durchstrahlen und ein Bild von
ihm erzeugen. “Mit dieser Technik wurden
bisher leblose Objekte untersucht –
man kann beispielweise ein Plasma oder
eine Explosion damit durchleuchten und
ein Abbild der Bewegungen darin erzeugen”,
erklärt Dr. Dimitry Varentsov aus
der GSI-Plasmaphysik. In den Experimenten
in Los Alamos haben Forscher
aus der GSI-Plasmaphysik und -Biophysik
nun erstmals Bilder und Filme von
biologischem Material erzeugt.
“Die gleichen schnellen Protonen, die
für die Bildgebung eingesetzt werden,
könnten auch für die direkte Behandlung
eines Tumors genutzt werden. Man
könnte gezielt und millimetergenau eine
Dosis Protonen durch den Tumor hindurchschießen,
um ihn zu zerstören
– Zielen und Schießen”, sagt Professor
Marco Durante, Leiter der GSI-Biophysik.
“Die von den schnellen Protonen
erzeugten Bilder haben eine hohe Auflösung,
man kann sehr kleine Strukturen
erkennen. So könnte man insbesondere
die Abgrenzung zwischen empfindlichem
gesunden Gewebe und dem Tumor
sehr präzise vornehmen.”
“Im Falle der Protonentherapie bekäme
man bei einer therapeutischen Bestrahlung
gleichzeitig ein genaues Bild der
Umgebung des Tumors geliefert, um die
Therapie in den Folgesitzungen perfekt
einzustellen. Das ist bei sehr empfindlichem
Gewebe in der Umgebung, wie
Rückenmark oder Hirnstamm, besonders
wichtig”, erklärt Dr. Matthias Prall aus
der GSI-Biophysik, der an den Experimenten
in Los Alamos beteiligt war.
“Man kann sich quasi an die kritischen
Stellen vorsichtig herantasten und sicherstellen,
dass der Tumor abgetötet, das
gesunde Gewebe jedoch erhalten wird.”
In weiteren geplanten Experimenten in
Los Alamos wollen die Forscher von GSI,
TUD und LANL weitere biologische Proben
untersuchen. Langfristig ist geplant,
mit der Technik einen Tumor sichtbar
zu machen und direkt mit der Strahlung
zu therapieren. Das könnte zunächst
entweder ein künstlicher Tumor in der
Matroshka-Puppe oder ein Tumor an einem
Tier sein.
“In Zukunft werden solche Experimente
auch an der Beschleunigeranlage FAIR
möglich, die momentan in internationaler
Zusammenarbeit errichtet und mit
den bestehenden GSI-Anlagen verbunden
wird”, zeigt Durante als Perspektive
auf. “An FAIR ist ein Experimentierplatz
geplant, der von den Forschern aus der
Plasma- und Biophysik gemeinschaftlich
genutzt wird. FAIR kann Protonen mit
deutlich höheren Energien zur Verfügung
stellen als sie GSI oder die Anlage
in Los Alamos aktuell liefert. Das wird die
Bildqualität verbessern und eine weitere
Untersuchung der Therapiemöglichkeiten
erlauben.”
Wissenschaftlicher Kontakt:
Marco Durante, GSI
Seite 12 GSI-Magazin target Ausgabe 10